非均匀耦合传输线的合成研究

摘要

在卫星广播、移动通信系统以及光通信系统中，微波滤波器和耦合器扮演着十分重要的角色。随着单片微波集成电路的宽带化发展，特别是片上系统的研发和应用，滤波器和耦合器也相应要求向宽带化发展。 传统的均匀传输线耦合器很难同时满足紧耦合和超宽带，本文用非均匀耦合微带线实现了宽带3dB耦合器的设计。由于在设计过程中耦合器的带宽是相对带宽，因此根据归一化频率选择的不同，基本上能实现任意频率范围的耦合器。考虑到奇、偶模特性阻抗的关系，必须调整非均匀耦合微带线的端口阻抗，同时选用指数渐变线实现与系统阻抗的匹配。最后用级联的ABCD矩阵对耦合器的散射参数进行了仿真，结果表明非均匀耦合传输线可以有效适用于宽带方向性耦合器设计。本文的主要内容如下： 第二章是对非均匀传输线进行建模以及对等效电路进行理论分析。从非均匀传输线的电路模型可以看出，它与均匀传输线有相似的电报方程，但是更加复杂。本章还介绍了与非均匀传输线电路模型相关的经典Sturm-Liouville方程组和Zakharov-Shabat方程组，并就求解逆向SL问题的相关理论作了重点讨论。 第三章是对非均匀传输线合成方法的分析，包括传统的非均匀传输线合成方法和基于求解经典逆向问题的合成方法。传统的非均匀传输线合成方法主要有两类：时域合成方法和频域合成方法。基于传输线的散射参数特性求解经典逆向问题的合成方法是本章的重点，包括势函数的建立和非均匀传输线的特性阻抗函数的求解，以及非均匀传输线几何尺寸的计算等。 第四章是对用非均匀传输线实现具体微波器件的合成方法的分析，给出了非均匀传输线耦合器和滤波器的设计例子。在传统的均匀带状线耦合器设计方法的基础上，通过与建立级联模型相似的方法，得到非均匀带状线耦合器的设计方法。考虑到带状线很难耦合到微带电路中，本章着重介绍了非均匀微带耦合器的合成。对于非均匀微带线在宽带滤波器设计中的应用，本章也作了详细介绍。